鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕原理的研究

馬俊濤　劉曉江

摘 要：鋼筋混凝土材料是現在建筑中運用最廣泛的材料，然而混凝土中鋼筋的銹蝕大大減少的鋼筋混凝土材料的壽命，本文對鋼筋混凝土材料中鋼筋的銹蝕原理做出的詳細的說明，并且給出了混凝土中防止鋼筋銹蝕的措施，有效保護鋼筋。

關鍵詞：混凝土；鋼筋；銹蝕

1 引言

混凝土有很強的抗壓強度，然而抗拉強度卻很低，大約是抗拉強度的0.1倍。鋼筋具有很強的抗拉強度，而且與混凝土的溫度線膨脹系數十分接近，并且它們之間有很好的粘結作用，鋼筋混凝土結構能很好的發揮出這兩種材料的性能，因此鋼筋混凝土構件廣泛應用于現在的工程建筑中。但是鋼筋會發生銹蝕，鐵銹不具備鐵的力學性能，使得所配置鋼筋的有效截面減小。而且鐵銹相對于鐵來說，體積增大了2-6倍，導致混凝土保護層發生開裂破壞，嚴重的話會導致混凝土保護層發生脫落，從而降低原鋼筋混凝土構件的耐久性，造成巨大的經濟損失。

2 鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕機理的研究

鋼筋的銹蝕是指其表面與周圍介質發生化學反應而遭到的破壞過程。混凝土結構中的鋼筋銹蝕可分為自然電化學服飾和雜散電流腐蝕，對于預應力混凝土結構，還可能發生應力腐蝕（腐蝕與拉應力作用下鋼筋產生晶粒間或跨晶粒斷裂現象）或氫脆腐蝕（由于與鐵作用或雜散電流陰極腐蝕產生氫原子或氫氣的腐蝕現象）。 總的來說鋼筋的銹蝕可分為化學銹蝕與電化學銹蝕。

2.1 化學銹蝕

化學銹蝕是指鋼材直接與周圍的介質發生化學反應生成鐵銹的過程。多數是鋼材本身與氧氣和水反應生成或者的過程。

2.2 電化學銹蝕

電化學銹蝕是鋼材發生銹蝕的最主要的形式。它是指由于鋼筋和電解質溶液（主要是水）組成原電池而引起的鋼筋的銹蝕。潮濕環境中鋼筋被一層電解質水所包圍，而鋼材中含有鐵、碳等多種成分，由于這些成分的電極電位不同，從而鋼的表面層在電解質溶液中構成也鐵素體為負極，以滲碳體為正極的原電池。在負極發生的負極反應

在正極發生正極反應

然后與在正極附近生成不溶于水的，并進一步被氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹。

3 引起混凝土中鋼筋發生銹蝕的原因和防護方法

引起鋼筋發生銹蝕的原因也很多，如：鋼筋本身的組織成分、混凝土的碳化、堿-集料反應、混凝土的氯離子侵蝕等都可以直接或間接的導致鋼筋銹蝕或加快鋼筋的銹蝕。接下來我來一一說明。

3.1 鋼筋本身的組織原因

鋼材中含有鐵、硅、碳、錳、硫、磷、氧、氮等元素。假設鋼筋中的碳元素是均勻分布的，則隨著碳元素含量的增加，則鋼筋形成原電池的數目也相應的會變多，導致鋼筋的銹蝕速度大大加快，因此建筑中一般都選用低鋼筋。

3.2 混凝土的碳化

大氣中的與水泥石中的堿性物質發生反應，使混凝土的pH值下降的過程稱為混凝土的碳化。由于空氣中的能與混凝土中的發生反應生成，從而消耗掉，而導致混凝土的pH值下降。在常溫，鋼材表面能形成起保護作用的氧化膜（FeO）薄層，稱為鈍化膜，可以防止鋼材進一步銹蝕。當pH值下降到11.5左右時，鈍化膜不再穩定，當pH值降至9～10時，鈍化膜對鋼筋的保護作用完全破壞。這時鋼筋就很容易發生前文所說的電化學銹蝕和化學銹蝕。所以減慢混凝土的碳化可以放慢鋼筋銹蝕的速度。減慢混凝土碳化的措施有使用低滲透性混凝土或在混凝土表面使用涂層隔離二氧化碳。

3.3 堿-集料反應

堿-集料反應是指混凝土中的堿活性的集料間發生的膨脹性反應，引起明顯的混凝土體積膨脹和開裂。導致空氣中的水分和氧氣能輕易的進入混凝土中，減弱了混凝土對鋼筋的保護作用，使得鋼筋直接暴露在空氣中，從而加速了鋼筋的銹蝕。因此如果能避免混凝土堿-集料反應則可以有效的減少鋼筋的銹蝕。預防堿-集料反應的措施有采用低堿水泥、避免使用活性集料、摻用引氣劑以及減少水灰比及摻加火山灰質混合材料。

3.4 混凝土的氯離子侵蝕

氯離子有很強的穿透氧化膜的能力，在氧化物內層（鐵與氧化物界面）形成易溶的，是氧化膜局部溶解并遭受到破壞，形成坑蝕現象 。從而在有電解質溶液的情況下形成原電池，使得鋼筋發生電化學銹蝕。沿?；炷两Y構及海洋工程混凝土結構容易受到氯離子的侵蝕。因此如要減緩氯離子的侵蝕，能采取的措施是增加鋼筋混凝土結構的保護層厚度。

4 結語

本文主要講述的是在鋼筋混凝土制作階段的鋼筋的防銹蝕措施。隨著鋼筋混凝土在人類生活中被廣泛使用，如何預防鋼筋的銹蝕將成為人類的關注點。做好鋼筋的防銹蝕，將使人們節省大量的維修費用和增加鋼筋混凝土構件的耐久性，我相信在未來會有更加方便和有效的方法來預防鋼筋混凝土的銹蝕。

參考文獻

[1] 鄭娟榮.土木工程材料[M].北京：化學工業出版社，2014 . 81，124

[2] 郝志超.鋼筋混凝土銹蝕機理研究[J]. 城市建設理論研究，2013，05